Python与mqtt的数据读取

mqtt协议介绍

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输协议），是一种基于发布/订阅（publish/subscribe）模式的“轻量级”通讯协议，该协议构建于TCP/IP协议上，由IBM在1999年发布。

MQTT最大优点在于，用极少的代码和有限的带宽，为连接远程设备提供实时可靠的消息服务。作为一种低开销、低带宽占用的即时通讯协议，使其在物联网、小型设备、移动应用等方面有较广泛的应用。

MQTT 是一个 发布订阅线路协议(publish/subscription wire protocol)，发布订阅系统工作原理类似于消息总线。你将一条消息发布到一个主题(topic)上，那么所有订阅了该主题的客户端都可以获得该消息的一份拷贝。它提供了一对多的消息分发机制，从而实现与应用程序的解耦。这是一种消息传递模式，消息不是直接从发送器发送到接收器（即点对点），而是由MQTT server（或称为 MQTT Broker）分发的。

对于Broker（MQTT服务器）来说，不论我们是发布方，还是订阅方，都是属于客户端。

与HTTP的区别

HTTP 协议是一个无状态的协议，每个 HTTP 请求为 TCP 短连接，每次请求都需要重新创建一个 TCP 连接（可以通过 keep-alive 属性来优化 TCP 连接的使用，多个 HTTP 请求可以共享该 TCP 连接）；而 MQTT 协议为长连接协议，每个客户端都会保持一个长连接。与 HTTP 协议相比优势在于：

MQTT 的长连接可以用于实现从设备端到服务器端的消息传送之外，还可以实现从服务器端到设备端的实时控制消息发送，而 HTTP 协议要实现此功能只能通过轮询的方式，效率相对来说比较低；

MQTT 协议在维护连接的时候会发送心跳包，因此协议以最小代价内置支持设备 “探活” 的功能，而 HTTP 协议要实现此功能的话需要单独发出 HTTP 请求，实现的代价会更高；

低带宽、低功耗。MQTT 在传输报文的大小上与 HTTP 相比有巨大的优势，因为 MQTT 协议在连接建立之后，由于避免了建立连接所需要的额外的资源消耗，发送实际数据的时候报文传输所需带宽与 HTTP 相比有很大的优势，参考网上有人做的测评，发送一样大小的数据，MQTT 比 HTTP 少近 50 倍的网络传输数据，而且速度快了将近 20 倍。在网上有人做的另外一个评测显示，接收消息的场景，MQTT 协议的耗电量为 HTTP 协议的百分之一，而发送数据的时候 MQTT 协议的耗电量为 HTTP 协议的十分之一；

MQTT 提供消息质量控制（QoS），消息质量等级越高，消息交付的质量就越有保障，在物联网的应用场景下，用户可以根据不同的使用场景来设定不同的消息质量等级；

paho-mqtt包

介绍之前需要说明，回调函数是这个包的特点之一，可以通过自己定义回调函数，决定返回的信息的内容、格式或者处理方法等。因此使用该包连接、发布、订阅等操作之前，需要定义并引用回调函数。

1. 函数、回调简单总结：

函数	功能	callback	callback内容
client()	创建实例
connect()	客户端连接broker	on_connect()	broker回应连接请求
disconnect()	客户端取消连接broker	on_disconnect()	broker回应不连接请求
publish()	客户端发布：将消息发送至broker，然后从broker发送到订阅匹配主题的任何客户端	on_publish()	当要使用 publish()调用发送的消息已完成向broker的传输时
publish.single()	客户端发布单条信息，然后断开连接
publish.multiple()	客户端发布多条信息，然后断开连接
subscribe()	客户端订阅	on_subscribe()	当broker响应订阅请求时
subscribe.simple()	客户端订阅一组topics并返回收到的消息
		on_message()	默认返回订阅消息
		message_callback_add()	定义并处理特定订阅筛选器（包括通配符）的传入消息的callback
		message_callback_remove()	移除特定订阅筛选器的callback
unsubscribe()	客户端取消订阅	on_unsubscribe()	当broker响应取消订阅请求时

2. 变量介绍

• 如果使用 message_callback_add()和 on_message，则只有与前者中定义的订阅筛选器不匹配的消息才会传递到on_message回调。
• message_callback_add()只能一条一条的添加

参考

发布

import paho.mqtt.client as mqtt

# 连接成功回调
def on_connect(client, userdata, flags, rc):
    print('Connected with result code '+str(rc))
    client.subscribe('testtopic/#')

# 消息接收回调
def on_message(client, userdata, msg):
    print(msg.topic+" "+str(msg.payload))

client = mqtt.Client()

# 指定回调函数
client.on_connect = on_connect
client.on_message = on_message

# 建立连接
client.connect('broker.emqx.io', 1883, 60)
# 发布消息
client.publish('emqtt',payload='Hello World',qos=0)

client.loop_forever()

订阅

import paho.mqtt.client as mqtt

# 连接成功回调
def on_connect(client, userdata, flags, rc):
    print("Connected with result code "+str(rc))

# 消息接收回调，msg就是接收到的消息内容
def on_message(client, userdata, msg):
    print(msg.topic+" "+str(msg.payload))

# 创建实例
client = mqtt.Client()
client.on_connect = on_connect
client.on_message = on_message

# 将客户端连接到broker，60为间隔
client.connect("mqtt.eclipseprojects.io", 1883, 60)
client.subscribe('mqtt_topic', qos=0)

# 保持连接不中断
client.loop_forever()

关于连接

以上示例中，我们均是通过1883端口进行连接并订阅/发布主题，但是对于ssl监听端口，如默认的8883端口，连接的代码则需要部分修改：

client = mqtt.Client('broker.emqx.io', 8883)
context = ssl.SSLContext(ssl.PROTOCOL_TLS)
context.check_hostname = False
client.tls_set_context(context)
client.connect()

kafka

kafka-高产出的分布式消息系统(A high-throughput distributed messaging system)。
Kafka是一个高吞吐、分布式、基于发布订阅的消息系统，利用Kafka技术可以在廉价的PC Server上搭建起大规模消息系统。
(和上面的MQTT很类似，只不过发布端变成了生产者， 订阅端变成了消费者，都通过代理进行消息的传输，相应的消息都在对应topic中)

kafka-python包

kafka-python中有以下几个重要的对象：

• Topic：主题，一组消息数据的标记符；
• Producer：生产者，用于生产数据，可将生产后的消息送入指定的Topic；
• Consumer：消费者，获取数据，可消费指定的Topic；
• Group：消费者组，同一个group可以有多个消费者，一条消息在一个group中，只会被一个消费者获取；
• Partition：分区，为了保证kafka的吞吐量，一个Topic可以设置多个分区。同一分区只能被一个消费者订阅。

1. 生产者实例参考：

import json
from kafka import KafkaConsumer, KafkaProducer
 
 
class KProducer:
    def __init__(self, bootstrap_servers, topic):
        """
        kafka 生产者
        :param bootstrap_servers: 地址
        :param topic:  topic
        """
        self.producer = KafkaProducer(
            bootstrap_servers=bootstrap_servers,
            value_serializer=lambda m: json.dumps(m).encode('ascii'), )  # json 格式化发送的内容
        self.topic = topic
 
    def sync_producer(self, data_li: list):
        """
        同步发送 数据
        :param data_li:  发送数据
        :return:
        """
        for data in data_li:
            future = self.producer.send(self.topic, data)
            record_metadata = future.get(timeout=10)  # 同步确认消费
            partition = record_metadata.partition  # 数据所在的分区
            offset = record_metadata.offset  # 数据所在分区的位置
            print('save success, partition: {}, offset: {}'.format(partition, offset))
 
    def asyn_producer(self,  data_li: list):
        """
        异步发送数据
        :param data_li:发送数据
        :return:
        """
        for data in data_li:
            self.producer.send(self.topic, data)
        self.producer.flush()  # 批量提交
 
    def asyn_producer_callback(self,  data_li: list):
        """
        异步发送数据 + 发送状态处理
        :param data_li:发送数据
        :return:
        """
        for data in data_li:
            self.producer.send(self.topic, data).add_callback(self.send_success).add_errback(self.send_error)
        self.producer.flush()  # 批量提交
 
    def send_success(self, *args, **kwargs):
        """异步发送成功回调函数"""
        print('save success')
        return
 
    def send_error(self, *args, **kwargs):
        """异步发送错误回调函数"""
        print('save error')
        return
 
    def close_producer(self):
        try:
            self.producer.close()
        except:
            pass
 
if __name__ == '__main__':
 
    send_data_li = [{"test": 1}, {"test": 2}]
    kp = KProducer(topic='topic', bootstrap_servers='127.0.0.1:9001,127.0.0.1:9002')
 
    # 同步发送（最慢，安全性最高）
    kp.sync_producer(send_data_li)
 
    # 异步发送（最快，安全性最低）
    # kp.asyn_producer(send_data_li)
 
    # 异步+回调（中等）
    # kp.asyn_producer_callback(send_data_li)
    
    kp.close_producer()

2. 消费者实例
   暂略